RU27091U1

RU27091U1 - COATED CUTTING TOOL

Info

Publication number: RU27091U1
Application number: RU2002112051/20U
Authority: RU
Inventors: В.П. Табаков; А.В. Рандин
Original assignee: Ульяновский государственный технический университет
Priority date: 2002-05-06
Filing date: 2002-05-06
Publication date: 2003-01-10

Abstract

Режущий инструмент с покрытием, содержащий инструментальную основу и нанесенное на нее износостойкое ионно-плазменное покрытие нитрида титана и циркония, отличающийся тем, что покрытие содержит дополнительно железо и выполнено из нитрида титана, циркония и железа.A coated cutting tool containing a tool base and a wear-resistant ion-plasma coating of titanium and zirconium nitride applied to it, characterized in that the coating additionally contains iron and is made of titanium, zirconium and iron nitride.

Description

Режущий инструмент с покрытиемCoated Cutting Tools

Полезная модель относится к области нанесения покрытий, в частности к нанесению покрытий испарением и конденсацией в вакууме, и может быть использована в инструментальном производстве для получения износостойких покрытий на режущем инструменте.The utility model relates to the field of coating, in particular to coating by evaporation and condensation in a vacuum, and can be used in tool production to obtain wear-resistant coatings on a cutting tool.

Известен режущий инструмент с износостойким ионноплазменным покрытием TiN толщиной 3-8 мкм (см. Верещака А.С. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями. М.: Машиностроение, 1993. С.252).Known cutting tool with a wear-resistant ion-plasma coating TiN with a thickness of 3-8 μm (see Vereshchak A.S. The performance of the cutting tool with wear-resistant coatings. M: Mechanical Engineering, 1993. S. 252).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного режущего инструмента с покрытием, относится то, что в известном режущем инструменте с покрытием наносимое покрытие имеет недостаточную микротвердость и прочность сцепления с инструментальной основой, что приводит к снижению стойкости режущего инструмента при его эксплуатации.The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using a known coated cutting tool include the fact that in the known coated cutting tool, the applied coating has insufficient microhardness and adhesion to the tool base, which leads to a decrease in the resistance of the cutting tool during its operation.

Наиболее близким режущим инструментом с покрытием того же назначения к заявленной полезной модели по совокупности признаков является режущий инструмент с покрытием, содержащий инструментальную основу и нанесенное на нее износостойкое ионно-плазменное покрытие нитрида титана и циркония (см. Табаков В.П. Исследование износостойкости покрытий режущего инструмента, полученных с применением составных катодов // СТИН. 1996. № 3. С. 15), принятый за прототип.The closest cutting tool with a coating of the same purpose to the claimed utility model for a combination of features is a cutting tool with a coating containing a tool base and a wear-resistant ion-plasma coating of titanium nitride and zirconium deposited on it (see Tabakov V.P. Study of the wear resistance of cutting coatings tool obtained using composite cathodes // STIN. 1996. No. 3. P. 15), adopted as a prototype.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного режущего инструмента с покрытием, принятого за прототип, относится то, что в известНОМ режущем инструменте с покрытием не обеспечивается достаточная прочность сцепления покрытия с инструментальной основой, в результате чего снижается стойкость режущего инструмента при его эксплуатации.The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using a known cutting tool with a coating adopted as a prototype include the fact that the known cutting tool with a coating does not provide sufficient adhesion of the coating to the tool base, which reduces the resistance of the cutting tool when it is operation.

Сущность полезной модели заключается в следующем. На инструментальную основу наносится износостойкое покрытие нитрида титана и циркония, содержащее дополнительно железо и выполненное из нитрида титана, циркония и железа.The essence of the utility model is as follows. A wear-resistant coating of titanium and zirconium nitride, additionally containing iron and made of titanium, zirconium and iron nitride, is applied to the tool base.

Технический результат - повышение стойкости режущего инструмента.The technical result is an increase in the resistance of the cutting tool.

Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что известный режущий инструмент с покрытием содержит инструментальную основу и нанесенное на нее износостойкое ионно-плазменное покрытие нитрида титана и циркония.The specified technical result in the implementation of the utility model is achieved by the fact that the known coated cutting tool contains a tool base and a wear-resistant ion-plasma coating of titanium nitride and zirconium deposited on it.

Особенность заключается в том, что покрытие содержит дополнительно железо и выполнено из нитрида титана, циркония и железа.The peculiarity lies in the fact that the coating additionally contains iron and is made of titanium nitride, zirconium and iron.

Нанесение покрытия нитрида титана и циркония, содержащего дополнительно железо и выполненного из нитрида титана, циркония и железа, приводит к снижению напряжений в покрытии, к повышению прочности сцепления покрытия с инструментальной основой и микротвердости и, как следствие, к увеличению стойкости режущего инструмента при его эксплуатации.Coating of titanium and zirconium nitride, additionally containing iron and made of titanium, zirconium and iron nitride, leads to lower stresses in the coating, to increased adhesion of the coating to the tool base and microhardness and, as a result, to increased resistance of the cutting tool during its operation .

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленной полезной модели, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленной полезной модели, определенные из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил установить совокупностьThe analysis of the prior art by the applicant, including a search by patent and scientific and technical sources of information and identification of sources containing information about analogues of the claimed utility model, allowed to establish that the applicant did not find a source characterized by features identical to all the essential features of the claimed utility model, determined from the list of identified analogues of the prototype, as the closest in the totality of the features of the analogue, allowed to establish the combination

существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном режущем инструменте с покрытием, изложенных в формуле изобретения.significant in relation to the technical result perceived by the applicant distinctive features in the claimed cutting cutting tool set forth in the claims.

Следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию новизна.Therefore, the claimed utility model meets the condition of novelty.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления полезной модели с получением вышеуказанного технического результата:Information confirming the possibility of implementing a utility model with obtaining the above technical result:

Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображен режущий инструмент с покрытием.The essence of the utility model is illustrated by the drawing, which shows a cutting tool with a coating.

Режущий инструмент с покрытием содержит инструментальную основу 1 и нанесенное на нее покрытие 2, выполненное из нитрида титана, циркония и железа.The coated cutting tool comprises a tool base 1 and a coating 2 applied thereon, made of titanium nitride, zirconium and iron.

Покрытия наносили следующим образом.Coatings were applied as follows.

Покрытия наносили методом КИБ (конденсацией из плазменной фазы в вакууме с ионной бомбардировкой). Неперетачиваемые пластины, изготовленные из быстрорежущей стали Р6М5К5, размещали в камере установки Булат-бТ с установленными в ней электродуговыми испарителями, материалы катодов которых включают элементы покрытия.The coatings were applied by the CIB method (condensation from the plasma phase in vacuum with ion bombardment). Non-rotatable plates made of R6M5K5 high-speed steel were placed in the chamber of the Bulat-bT installation with electric arc evaporators installed in it, the cathode materials of which include coating elements.

В пространстве между пластинами и катодом зажигали дуговой разряд для испарения материала катода, в камеру подавали азот для взаимодействия с испаряемым материалом катода. Осуществляли конденсацию покрытия нитрида титана, циркония и железа (Ti, Zr, Fe)N толщиной 5 мкм. После этого подачу азота в камеру прекращали, выключали дуговой разряд. Пластины с нанесенным износостойким покрытием охлаждали в камере до комнатной температуры.An arc discharge was ignited in the space between the plates and the cathode to vaporize the cathode material, nitrogen was supplied to the chamber to interact with the vaporized cathode material. A coating of titanium nitride, zirconium and iron (Ti, Zr, Fe) N was condensed with a thickness of 5 μm. After that, the nitrogen supply to the chamber was stopped, the arc discharge was turned off. Wear-resistant plates were cooled in a chamber to room temperature.

Остаточные напряжения в покрытии определяли на рентгеновском дифрактометре «ДРОН - 3.The residual stresses in the coating were determined on a DRON-3 X-ray diffractometer.

зерной технологической установке «Квант - 15. За критерий оценки адгезионных свойств композиции «покрытие - инструментальная основа был принят коэффициент отслоения Ко, определяемый как отношение площади отслоения покрытия к площади лазерного пятна. Микротвердость покрытия измеряли на микротвердомере «ПМТ- 3.grain technological installation "Quantum - 15. For the criterion for assessing the adhesive properties of the composition" coating - tool base was taken the peeling coefficient Ko, defined as the ratio of the peeling area of the coating to the area of the laser spot. The microhardness of the coating was measured on a PMT-3 microhardness tester.

Стойкостные испытания режущего инструмента проводили при продольном точении заготовок из стали ЗОХГСА на токарном станке 16К20. Пластины устанавливались и закреплялись в державках, которые обеспечивали следующую геометрию рабочей части: у 10°, а 8°, ф 45°, ф1 15°, X О, г 0. Режимы резания были следующими: скорость резания V 55 м/мин, подача S 0,3 мм/об, глубина резания t 0,75 мм. В качестве СОЖ применяли 5 % - ный водный раствор эмульсола Укринол - 1М. За критерий износа была принята величина фаски износа по задней поверхности hg 0,4 мм. Эффективность инструмента определяли по величине коэффициента повышения стойкости, определяемого как отношение стойкости инструмента с покрытием (Ti, Zr, Fe)N к стойкости инструмента с покрытием (Ti, Zr)N.The resistance tests of the cutting tool were carried out with longitudinal turning of ZOKHGSA steel blanks on a 16K20 lathe. The inserts were installed and fixed in the holders, which provided the following geometry of the working part: at 10 °, and 8 °, f 45 °, f1 15 °, X O, g 0. Cutting modes were as follows: cutting speed V 55 m / min, feed S 0.3 mm / rev, cutting depth t 0.75 mm. As a coolant, a 5% aqueous solution of emulsol Ukrinol - 1M was used. For the wear criterion, the value of the chamfer of wear along the rear surface of hg 0.4 mm was taken. The effectiveness of the tool was determined by the value of the coefficient of increase in resistance, defined as the ratio of the resistance of a tool with a coating (Ti, Zr, Fe) N to the resistance of a tool with a coating (Ti, Zr) N.

Величина остаточных напряжений, коэффициент отслоения, микротвердость покрытий (Ti, Zr)N и (Ti, Zr, Fe)N и стойкость режущего инструмента с данными покрытиями приведены в таблице.The value of residual stresses, peeling coefficient, microhardness of coatings (Ti, Zr) N and (Ti, Zr, Fe) N and the resistance of the cutting tool with these coatings are shown in the table.

Как видно из таблицы, наличие в покрытии нитрида титана и циркония железа способствует снижению остаточных напряжений в покрытии, повышению прочности сцепления покрытия с инструментальной основой (о чем свидетельствует уменьшение коэффициента отслоения) и микротвердости и увеличению стойкости режущего инструмента с покрытием (Ti, Zr, Fe)N по сравнению с инструментом с покрытием (Ti, Zr)N.As can be seen from the table, the presence of titanium and zirconium nitride in the coating helps to reduce residual stresses in the coating, increase the adhesion strength of the coating to the tool base (as evidenced by a decrease in the peeling coefficient) and microhardness, and increase the resistance of the coated cutting tool (Ti, Zr, Fe ) N compared to a tool with a coating of (Ti, Zr) N.

Стойкость режущего инструмента с покрытием (Ti, Zr, Fe)N повышается в 1,3 раза по сравнению с инструментом с покрытием (Ti, Zr)N.The resistance of a cutting tool with a coating (Ti, Zr, Fe) N is increased by 1.3 times compared with a tool with a coating (Ti, Zr) N.

Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного режущего инструмента с покрытием следующей совокупности условий:Thus, the above information indicates that when using the claimed cutting tool coated with the following set of conditions:

-средство, воплощающее заявленный режущий инструмент с покрытием при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно в области нанесения покрытий, в частности в области нанесения покрытий испарением и конденсацией в вакууме, и может быть использовано в инструментальном производстве для получения износостойких покрытий на режущем инструменте;-a tool embodying the declared cutting tool with a coating during its implementation, is intended for use in industry, namely in the field of coating, in particular in the field of coating by evaporation and condensation in a vacuum, and can be used in tool production to obtain wear-resistant coatings on cutting tool;

-для заявленного режущего инструмента с покрытием в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте изложенной формулы полезной модели, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;-for the declared cutting tool with a coating in the form described in the independent clause of the stated utility model formula, the possibility of its implementation using the means and methods described in the application or known prior to the priority date is confirmed;

-средство, воплощающее заявленную полезная модель при ее осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.- a tool embodying the claimed utility model in its implementation, is able to ensure the achievement of the technical result perceived by the applicant.

Следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию промышленная применимость.Therefore, the claimed utility model meets the condition of industrial applicability.

Claims

A coated cutting tool containing a tool base and a wear-resistant ion-plasma coating of titanium and zirconium nitride applied to it, characterized in that the coating additionally contains iron and is made of titanium, zirconium and iron nitride.